Do Radar da Segunda Guerra Mundial à Pipoca de Microondas, o magnetrão da cavidade estava lá

Por Allison Marsh

Posto 2018-10-31 20:00 GMT

Este magnetrão compacto da cavidade deu aos Aliados uma forma de produzir microondas de alta potência para radar

Foto: Ingenium
Foto: Ingenium

Até ao Verão de 1940, a Segunda Guerra Mundial tinha estado em fúria na Europa Ocidental durante quase um ano. Durante a Batalha da Grã-Bretanha, aviões alemães bombardearam Londres e centros industriais e bloquearam os portos marítimos. Os Estados Unidos, entretanto, ainda tentavam ativamente ficar fora da guerra.

Against this backgrounddrop, o físico Edward “Taffy” Bowen viajou com um grupo de outros cientistas e oficiais militares britânicos para Washington, D.C. Bowen tinha sido encarregado de uma caixa de metal negro que continha segredos técnicos relacionados com o tempo de guerra da Inglaterra R&D. O objetivo da viagem, oficialmente chamada de Missão Técnica e Científica Britânica, era compartilhar esses segredos com os Estados Unidos e Canadá, na esperança de que eles produzissem armas e outros equipamentos viáveis para a guerra.

Entre o conteúdo da caixa estava um dispositivo curioso: um disco com ranhuras ao redor de sua borda e tubos e fios finos que se estendiam de suas extremidades . Este aparelho, chamado magnetrão de cavidade, produzia microondas de alta potência, e seria de longe o item mais importante da caixa.

Dito isto, a caixa teve um início infeliz na sua jornada. No caminho para a estação de trem em Londres, ela estava presa ao teto de um táxi londrino. Na estação de Euston, um porteiro a levou antes que Bowen pudesse objetar. A bordo de um navio em Liverpool, Bowen era acompanhado por um cavalheiro silencioso com um rumo militar. A caixa, entretanto, estava segura para que seus segredos afundassem com o navio se o barco estivesse sob ataque.

Como o magnetrão da cavidade veio a estar na caixa em primeiro lugar é uma história que começou muito antes. A palavra “magnetrão” – de “magnético” e “elétron” – entrou na língua inglesa em 1921, quando Albert W. Hull publicou sua pesquisa sobre “The Effect of a Uniform Magnetic Field on the Motion of Electrons Between Coaxial Cylinders” (O Efeito de um Campo Magnético Uniforme no Movimento dos Cilindros Coaxiais). Hull, físico e engenheiro elétrico do Laboratório General Electric Research em Schenectady, N.Y., estava tentando contornar uma patente sobre o tríodo detido por Lee de Forest. O magnetrão de ânodo dividido do casco foi eventualmente usado como amplificador em receptores de rádio e em osciladores. Numerosos pesquisadores começaram a investigar e experimentar o dispositivo.

De acordo com a história da tecnologia de microondas de John H. Bryant, mais de 200 artigos sobre magnetrões de ânodo dividido foram publicados em todo o mundo antes de 1940. Alguns descreveram como usar a invenção de Hull; outros sugeriram maneiras de otimizar o que era essencialmente um desenho inferior.

Em setembro de 1939, John Randall e Henry Boot, físicos da Universidade de Birmingham, na Inglaterra, começaram a explorar uma nova direção no desenho de magnetron, sob a orientação de Mark Oliphant. Eles confiaram no trabalho do engenheiro holandês Klaas Posthumus, que havia esclarecido o funcionamento teórico do magnetrão. E eles tinham um problema muito específico para resolver: Com aviões alemães aterrorizando a Inglaterra, qualquer melhoria nas capacidades de radar do país poderia ajudar.

Além de ser professor de física em Birmingham, Oliphant era um membro do programa britânico de radar classificado. No início da guerra, o país tinha uma cadeia de estações de radar que operavam em um comprimento de onda de 10 a 13 metros e estava testando radares aéreos com um comprimento de onda de 1,5 metros. Oliphant defendeu que o radar operasse na faixa de microondas, com um comprimento de onda de 10 cm ou menos e com uma potência de pico de 1 kilowatt. Tal sistema melhoraria a resolução das imagens de radar, permitiria equipamentos menores e mais leves que poderiam ser instalados em aeronaves e seria menos suscetível à interferência de ecos de solo. Um magnetrão melhor era a chave.

Em dois meses, Randall e Boot tinham um desenho básico para o seu magnetrão cavitário. Consistia de uma peça cilíndrica de metal que tinha um cátodo passando por um orifício central. O ânodo ao redor tinha uma série de furos simétricos, ou cavidades, dispostos em um círculo ao redor do furo central. A secção transversal parecia a câmara de um revolver Colt, que por acaso serviu de modelo para alguns dos primeiros protótipos de Randall e Boot.

Quando a energia era fornecida ao cátodo e um campo magnético rodeava o dispositivo, a oscilação da carga eléctrica em torno das cavidades levava à radiação de ondas electromagnéticas. Cada cavidade criou sua própria freqüência ressonante.

Até fevereiro de 1940, eles tinham um protótipo exibindo um comprimento de onda de 9,8 cm a 400 watts. Em abril, eles contrataram a General Electric Co. em Wembley, perto de Londres, para produzir espécimes mais resistentes que pudessem resistir a testes mais minuciosos. A maioria dos protótipos tinha 6 cavidades, mas o 12º protótipo tinha 8. Foi este último, E1189, Serial No. 12, criado por E.C.S. Megaw na General Electric, que Bowen levou consigo para a América do Norte.

A Missão Técnica e Científica Britânica foi liderada por Sir Henry Tizard, que foi presidente do Comité Britânico de Investigação Aeronáutica e viu as vantagens óbvias que viriam de um sistema de radar superior. Ele sabia que os pesquisadores de Birmingham tinham feito avanços significativos, mas também entendeu que a Grã-Bretanha teria desafios com a produção industrial enquanto lutasse na guerra.

Foto: Arquivo Hulton / Central Press/Getty Images
Diplomacia Científica: Sir Henry Tizard liderou a Missão Técnica e Científica Britânica, que procurou a ajuda dos Estados Unidos e Canadá na produção industrial do tempo de guerra da Inglaterra R&D.

O governo em Londres, entretanto, duvidava que os Estados Unidos pudessem guardar os seus segredos. Tizard primeiro teve que persuadir Winston Churchill a revelar a tecnologia aos americanos, e depois teve que convencer o Congresso dos EUA a cooperar com os britânicos. Várias semanas antes de Bowen e o resto da delegação partirem, Tizard dirigiu-se a Washington para lançar as bases.

A missão acabou por ser uma venda fácil aos cientistas americanos, que ficaram espantados com o magnetrão das cavidades. Foi preciso um pouco mais de negociação com os governos americano e canadense para estabelecer os termos da pesquisa, fabricação e entrega. O Comitê de Pesquisa de Defesa Nacional dos EUA contratou os Laboratórios Bell Telephone para replicar 30 cópias do dispositivo.

O comitê também financiou a criação do Laboratório de Radiação, ou Laboratório de Radiação, no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, para suprir as forças aliadas com radar de microondas. O laboratório acabou produzindo 150 sistemas de radar distintos, que variavam desde unidades leves e compactas para aeronaves até o enorme sistema de aviso prévio de microondas transportado em cinco caminhões.

Imagem: Arquivo de História Mundial/Alamy
Radar sobre rodas: O SCR-584 montado em camiões foi um dos sistemas de radar que foi baseado no magnetrão das cavidades britânicas e desenvolvido pelo Laboratório de Radiação MIT.

Os alemães souberam que os britânicos estavam usando o magnetrão da cavidade para radar em fevereiro de 1943, quando examinaram um bombardeiro abatido perto de Rotterdam. Uma carga explosiva significava destruir o radar colocado antes de cair em mãos inimigas não explodiu.

Após a guerra, todos os segredos foram postos de lado, e o magnetrão da cavidade encontrou muitos usos comerciais pacíficos. Não só se tornou padrão para o radar na aviação civil, como também se tornou o coração de cada forno de microondas. Graças a estes esforços de guerra, podemos todos desfrutar de pipocas de microondas.

Um dos desafios de escrever sobre a história de uma tecnologia desenvolvida para fins militares é que a pesquisa inicial foi muitas vezes feita em segredo. Tal conhecimento circula mal, especialmente em tempo de guerra. É comum, portanto, que as pessoas envolvidas no processo de descoberta acreditem ter inventado algo novo, quando na verdade a mesma coisa já havia sido inventada em outro lugar. Este problema é agravado quando os vencedores escrevem o primeiro rascunho da história, e o orgulho nacional dá um tom para o seu heróico conto de invenção.

Ao olhar para a história do magnetrão das cavidades, deparei-me com uma passagem frequentemente citada sobre a importância da missão Tizard, escrita por James Phinney Baxter III, o historiador oficial do Gabinete de Investigação Científica e Desenvolvimento durante a Segunda Guerra Mundial. Em seu livro premiado com o Pulitzer, Scientists Against Time (1946), Baxter escreveu que quando a missão trouxe o magnetrão das cavidades para a América em 1940, “eles carregaram a carga mais valiosa já trazida para nossas costas”. Bowen reforçou mais tarde a narrativa da invenção britânica e do desenvolvimento americano do magnetrão da cavidade em seu livro de 1987, Radar Days.

Não há dúvida de que Randall e Boot inventaram o magnetrão da cavidade, mas também descobri narrativas concorrentes e reivindicações prioritárias que tornam a história mais complexa, matizada e interessante. Artigos de Paul Redhead e Yves Blanchard, Gaspare Galati e Piet van Genderen mostram que durante os anos 20 e 30, muitas pessoas ao redor do globo estavam experimentando diferentes designs para o magnetrão, não apenas otimizando a versão de Hull em forma de ânodo dividido. Em 2010, houve uma conferência inteira dedicada ao tema das origens do magnetrão da cavidade, com artigos sobre as contribuições dos engenheiros e cientistas checos, holandeses, franceses, alemães, russos e ucranianos.

E assim, embora Randall e Boot pensassem que o seu dispositivo era o primeiro, vários outros inventaram independentemente o magnetrão da cavidade. Se houve um primeiro, provavelmente é Arthur L. Samuel dos Laboratórios Telefônicos Bell. Ele apresentou um pedido de patente nos EUA para um magnetrão de quatro cavidades em 1934. Infelizmente, seu projeto não era muito prático.

N.F. Alekseev e D.D. Malairov desenvolveram um magnetrão de multicavidade bem sucedido em 1937, mas este trabalho não era conhecido fora da União Soviética até 1940 . No Japão, um programa conjunto de pesquisa da Marinha Japonesa e da Companhia de Rádio do Japão levou a um magnetrão de oito cavidades até 1939. Mas a falta de materiais prejudicou a sua fabricação.

Cada um destes dispositivos é anterior à invenção por Boot e Randall, mas cada um deles também veio com uma advertência que o impediu de ganhar aceitação. Uma das lições fundamentais da missão do Tizard é que quando o conhecimento científico é compartilhado, o desenvolvimento pode avançar rapidamente. Este vídeo de 2015 mostra o desencaixotamento de um magnetrão da cavidade feito pela Sylvania, uma das várias empresas que fabricaram os dispositivos durante o Mundo II:

O magnetrão da cavidade retratado no topo é o mesmo que Bowen trouxe para Washington. Quando a delegação Tizard voltou à Grã-Bretanha, deixou o E1189 com funcionários do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá para servir de modelo para pesquisas futuras. Permaneceu lá até 1969, quando foi entregue ao Museu de Ciência e Tecnologia do Canadá, em Ottawa.

Alguns frequentadores de museus podem ver o magnetrão como um exemplo de como a tecnologia pode ser envolvida em diplomacia. Os interessados na ciência dos magnetrões podem achar instrutiva a simplicidade do dispositivo. Para mim, ele demonstra como um único objeto não pode realmente abranger toda a história complexa mesmo de sua própria invenção. A história é sempre muito mais rica e profunda do que parece à primeira vista.

Uma versão resumida deste artigo aparece na edição impressa de Novembro de 2018 como “O Poderoso Magnetron”

Parte de uma série contínua olhando para fotografias de artefactos históricos que abraçam o potencial ilimitado da tecnologia.

Sobre o Autor

Allison Marsh é professor associado de história na Universidade da Carolina do Sul e codirector do Instituto de Ciência, Tecnologia Ann Johnson da universidade & Society.

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